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Transkript

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2 '( )*+ ",-. Transformation in ein lebendiges Cluster aus 90 Unternehmen, 460 ha Chemie- und Pharmainfrastruktur und Beschäftigten (mehr Arbeitsplätze als zu Zeiten der Hoechst AG): Nachhaltige und verlässliche Infrastruktur Enges Netzwerk von Unternehmen Forschungs- und Produktionsstandort Förderung von Information und Innovation Exzellente Logistik und Transportverbindung Verbundstruktur Energie und Entsorgung Kostensynergien durch geteilte Infrastruktur INFRASERV HÖCHST IST DABEI PARTNER ENTLANG DER WERTSCHÖFUNGSKETTEN SEINER KUNDEN 2

3 ( ( )* - " TECHNISCHE DATEN Verkaufsmenge Erdgas CO 2 - Einsparung kg entspr Tankvorgänge/a oder 5,2 Mio. km Fahrlstg. ca. 250 t CO 2 /Jahr Fläche m & 700 bar GH 2 Photovoltaik 8 kw FOKUS NACHHALTIGKEIT Gesundheitsschutz durch Verringerung von Staub-, Stickoxid-, Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidemissionen Ressourcenschonung durch Minderung des Bedarfs an fossilen Brennstoffen (Rohöl) Umweltschutz durch Verminderung des CO 2 -Ausstoßes um 250 t/jahr Verfügbarkeit sichergestellt durch Bereitstellung entsprechender Mengen durch Anbindung an das Erdgasnetz 3

4 "/" Projektgrundlagen Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) fördert die Entwicklung einer neuen Schienenfahrzeuggeneration (Nahverkehrs-Personentriebzüge) mit Wasserstoff- Brennstoffzellenantrieb durch die Firma Alstom auf der Basis des Dieseltriebwagens Coradia LINT 54. Diese Fahrzeuge stellen langfristig eine umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Dieseltriebwagen dar, die heute auf nicht elektrifizierten Strecken im Regionalverkehr zum Einsatz kommen. Gegenüber herkömmlichen Dieseltriebwagen ist der Antrieb per Brennstoffzelle lokal emissionsfrei. Bei entsprechendem Nachweis der Alltags- und Einsatztauglichkeit stellt diese Technologie eine interessante Antriebsalternative zu den herkömmlichen Verbrennungsmaschinen dar. Im September 2014 haben Vertreter der Landesregierungen und Aufgabenträger der vier Bundesländer Hessen, Baden-Württemberg, Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen in einer gemeinsamen Absichtserklärung mit dem Zughersteller Alstom verkündet, brennstoffzellen-elektrische Triebwagen im Schienennahverkehr einsetzen zu wollen. 4

5 "/" Projektgrundlagen 2018 sollen die ersten beiden Prototypen in Niedersachsen in den Testbetrieb gehen. Bis zum Jahr 2021 sollen insgesamt bis zu 50 Fahrzeuge in den vier Bundesländern im regulären Fahrgastbetrieb eingesetzt werden. Die Fahrzeuge sollen mit einer Tankfüllung eine Reichweite von mindestens 600 km erreichen, der spezifische Verbrauch soll bei 0,3 kg H 2 /km liegen. Die fahrzeugseitige Speicherung des Wasserstoffs soll in gasförmigem Zustand bei 350 bar in zwei separaten Tankanlagen à 90 kg erfolgen. Für einen an das Netz der Deutschen Bahn angeschlossenen Standort zwischen dem Flughafen Frankfurt am Main und dem Taunus wurde in einem ersten Schritt eine technisch orientierte Machbarkeitsstudie für die Betankung von H 2 BZ-Schienenfahrzeugen im Allgemeinen und der o. g. H 2 BZ-Schienenfahrzeuge von Alstom im Besonderen mit Druck- Wasserstoff ausgeschrieben. Mit der Durchführung der Machbarkeitsstudie wurde im Mai 2015 die Infraserv GmbH & Co. Höchst KG von der Hessenagentur beauftragt. 5

6 "/" Stand Infraserv Höchst lieferte im Dez die Studie und zeigte die Machbarkeit zum Bau und Betrieb einer Versorgungsinfrastruktur für H 2 BZ-Züge mit H 2 aus dem Industriepark Höchst auf. Infraserv Höchst wurde daraufhin mit der ersten Stufe einer Realisierungsstudie beauftragt. Eine Ausschreibung des Verkehrsverbunds Rhein-Ruhr (VRR) für 12 H 2 BZ-Züge sowie Wartung/Instandhaltung und Wasserstoffversorgung ist im April 2016 erfolgt. Der RMV beabsichtigt in H 2 BZ-Züge auszuschreiben, analog VRR. Alstom wird Gesamtpakete anbieten und sucht regionale Partner für die H 2 -Versorgung. Infraserv Höchst ist mit Alstom im Gespräch. 6

7 $-01 ' -"-2 In der Machbarkeitsstudie wurden folgende Fragen geklärt Aufnahme der herstellerseitigen technologischen und betriebsorganisatorischen Anforderungen an die Betankung von Schienenfahrzeugen. Aufnahme der betriebsorganisatorischen Anforderungen des Schienenfahrzeugbetreibers an die Betankung von Schienenfahrzeugen. Definition der Anforderungen für Technik und Betriebsorganisation der Druck-Wasserstoff- Betankungseinrichtung. Bewertung von Standortalternativen im o. g. Standort-Suchfeld im Hinblick auf technische und organisatorische Rahmenbedingungen. Priorisierung der Standortalternativen und Entscheidungsempfehlung für einen Standort, der näher zu untersuchen ist. Klärung der Treibstoff-Verfügbarkeit, der benötigten Infrastrukturen (einschließlich Redundanz-Systemen) und der betriebswirtschaftlichen Rahmenbedingungen. Entwicklung eines Gesamtkonzeptes von Wasserstoff-Erzeugung, Verdichtung, Transport und Betankung (Technik und Betrieb) unter Berücksichtigung der herstellerseitigen und betreiberseitigen Randbedingungen. 7

8 $-01 ' -"-2 In der Machbarkeitsstudie wurden folgende Fragen geklärt /2/ Identifikation potenzieller Technikpartner und Lieferanten für die Infrastruktur-Elemente. Identifikation der Anforderungen und Aufgabenstellungen im Bereich Zulassung und Genehmigung. Erstellung einer belastbaren Kostenschätzung für die notwendigen infrastrukturellen Maßnahmen (einschließlich der Kosten für Planung, Genehmigung und Zulassung) sowie des Betriebs. Erstellung eines belastbaren Zeitplans mit Meilensteinen für die Projektrealisierung. Identifikation von auf übergreifender Ebene zu klärender Fragestellungen, Definition des Aufgabenumfangs für die weiteren Detail- und Feinplanungen. Bericht und Ergebnispräsentation. Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten bei der Einrichtung und dem Betrieb der Betankungsanlage (Anforderungen an Energieeffizienz, Nutzungsdauer, Schadstoff-/ Geräusch-Emissionen) 8

9 3 3" Zahlen, Daten, Fakten In Abstimmung mit Fa. Alstom wurden die erforderlichen Daten ermittelt. Parameter Festlegung Bemerkungen Speicherdruck 350 bar Wasserstoffbedarf 0,32 kg/km Durchschnittlicher Wert Reichweite ca. 550 km Angaben für das Streckenprofil im Taunusnetz liegen nicht vor Max. zul. Betriebstemperatur 85 C Max. zul. Betriebsdruck 438 bar Tankinhalt 2 x 90 kg Geom. Tankvol. noch nicht bekannt Qualität Wasserstoff 99,99 % (4.0) Betankungsgeschwindigkeit 7,2 kg / min max. Massenstrom pro Tank ( Befüllung pro Tank Nur über einen Stutzen gleichzeitig von einer Zugseite Befüllung mit 2 Stutzen gleichzeitig nicht vorgesehen Mittlerer Massenstrom (Zug mit 2 Tanks) Füllvorgang pro Tank ca Minuten Bei o.g. stellt sich ein mittlerer ein, der zu dieser Füllzeit führt Kupplung mit Filter - noch nicht endgültig festgelegt Vorkühlung Wasserstoff Nicht erforderlich Bei o.g. keine Überschreitung der max. Betriebstemp. der Tanks Datenschnittstelle Zug - Tankstelle Noch nicht klar Die Technik wird zurzeit entwickelt 9

10 3 $$3" Strecken Für den Start mit 10 H 2 BZ-Zügen, Streckennetz der HLB im Taunus (Linien 12 und 13) ggf. später auch Strecke 15 Anforderungen HLB/RMV Tankstellen nah bei bestehender eigener Infrastruktur Betankung durch Triebfahrzeugführer Frankfurt(Main)Hbf Linie Verbindung Streckenlänge 12 Königstein Frankfurt-Höchst Frankfurt Hbf Königstein Frankfurt-Höchst Frankfurt-Höchst Frankfurt Hbf 25,25 km 15,90 km 9,35 km 13 Bad Soden Frankfurt-Höchst 6,66 km Fahrleistung km/tag gemäß HLB: max. 550 km pro Zug und Tag 10

11 '"3" 2 Erzeugung und Versorgung mit Wasserstoff Quelle: Infraserv GmbH & Co. Höchst KG 11

12 '"3" 2 Verbrauch und Speicherung Für die Zugbetankung benötigt man: H 2 -Quelle, Verdichter, Vorratsspeicher und Zapfsäulen Eine Systemanalyse ergibt die folgenden Anforderungen an Verdichter und Speicher Bezeichnung Wert Quelle Basisdaten Tankgröße H 2 -Schienenfahrzeug 90 kg/tank Angabe Alstom Zug Anzahl Tankeinheiten 2 Tanks/Zug Angabe Alstom Tankkapazität 180 kg/zug Restdruck im Tank 1 bar Annahme für Maximalfall Zielgröße Flottengröße 20 Züge Angabe HLB Flotte Betankungen pro Zug 1 pro Tag Annahme in Absprache mit HLB Wasserstoff- Täglicher Flottenverbrauch Nm³/d berechnet bedarf kg/d Mittlerer stündl. Flottenverbrauch Nm³/h kg/h berechnet Speicher Bevorratung Tagesbedarf 1 Tag Annahme Erforderliche Speicherkapazität Nm³ kg berechnet Restdruck im Speicher 1 bar Annahme Speicherdruck 450 bar Vorgabe Alstom Reale Speichergröße 123 m³ berechnet Verdichter Mittlerer stündl. Flottenverbrauch Nm³/h berechnet Gewählte Verdichtergröße Nm³/h inkl. Reserveleistung Gewählte Anzahl Verdichter 3 Einheiten inkl. Redundanz 12

13 4"/ Potenzielle Standorte für H 2 -Infrastruktur im Taunusnetz A: Industriepark Höchst, Nordseite B: P&R Parkplatz S-Bahnhof Farbwerke C: Güterbahnhof Frankfurt Höchst D: nach Bahnhof Unterliederbach E: Industriepark Griesheim F: Bahnhof Königstein "#$ % &!" '(!"') $* &!"!"'+* Bildquelle:Openstreetmap Lizenz CC-BY-SA

14 56 +$"/$ Verfügbarkeiten und Redundanzen Im Industriepark Höchst fällt Wasserstoff als Koppelprodukt einer Chloralkalielektrolyse an. Ein Teil der Mengen kann für die Versorgung von Schienenfahrzeugen mit Brennstoffzellen eingesetzt werden. Für die Versorgung von Schienenfahrzeugen stehen derzeit grundsätzlich ca kg/d zur Verfügung. Damit könnten ca. 40 Schienenfahrzeuge des geplanten Typs Coradia LINT 54 von Fa. Alstom bei einem unterstellten Verbrauch von 180 kg pro Tag und Zug versorgt werden. Redundanzsysteme Speicher Flüssig-H 2 Straße/Schiene Druck-H 2 -Trailer Steamreforming Wasserelektrolyse Wasserstoffszentrum im IPH Quelle: Infraserv GmbH & Co. Höchst KG 14

15 7"8) Zusammenführung von Anforderungen und technischen Möglichkeiten Für das Gesamtkonzept wurden H 2 -Erzeugung, Verdichtung, Speicherung, Transport und Betankung untersucht. Nebenproduktwasserstoff aus der Chloralkalielektrolyse im Industriepark Höchst kann genutzt werden. Als Redundanz können ein Steamreformer oder eine Wasserelektrolyse errichtet werden. Bei Verdichtung und Speicherung wurden verschiedene Druckniveaus und Standorte betrachtet. H 2 -Tankstelle südlich IPH Quelle: Infraserv GmbH & Co. Höchst KG 15

16 7"8) H 2 -Qualität Von Alstom wird eine Wasserstoffqualität von 99,99 % (4.0) gefordert. Der aus der Chloralkalielektrolyse zur Verfügung stehende vorgereinigte Wasserstoff hat eine Reinheit von 99,8 % und muss, um die erforderliche Qualität zu erreichen, weiter gereinigt werden. Komponente Spezifikation Quelle (6-bar-Netz) Spezifikation nach Reinigungsstufe 3 Spezifikation nach Reinigungsstufe 4 Wasserstoff 99,8 Vol.% 99,97 Vol.% 99,99 Vol.% Wasser 200 vppm 1 vppm 1 vppm Stickstoff / Argon 200 vppm 200 vppm 5 vppm Sauerstoff 100 vppm 1 vppm 1 vppm Kohlendioxid 10 vppm 1 vppm 1 vppm Kohlenmonoxid Summe KW (C 1 Basis) Schwefelverbindungen 1 vppm 1 vppm 1 vppm Natronlauge 1 mg/m 3 1 mg/m 3 1 mg/m 3 Quecksilber 0,1 mg/m³ 0,01 mg/m³ 0,01 mg/m³ 16

17 7"8) Konzepte für die verschiedenen Standorte Variante Standort Verdichtung Standort Betankung Versorgung Verdichtung Speicher Anz. Zapfsäulen A B C D IP Höchst, Blockfeld B5 IP Höchst, Blockfeld B5 P&R-Parkpl. Bf. Farbwerke Güterbahnhof Höchst Bahnhof Unterliederbach Rohrleitung 500 bar A&B ~350 m C ~1 km D ~2,8 km 500 bar im IPH 500 bar im IPH 500 bar im IPH 500 bar im IPH 120 m³ im IPH 120 m³ im IPH 120 m³ im IPH 120 m³ im IPH E IP Griesheim Nordost IP Griesheim Nordost Rohrleitung 500 bar, ~100 m 500 bar im IPG 120 m³ im IPH 4 F1 IP Höchst, Blockfeld B5 Rohrleitung 500 bar, ~16 km 500 bar im IPH 120 m³ im IPH 4 F2 F3 IP Höchst, Blockfeld B5, Bahnhof Königstein Bahnhof Königstein Rohrleitung 100 bar, ~16 km Trailer, mobil 100 bar im IPH 500 bar in Kö 500 bar im IPH Nachverd. in Kö 120 m³ in Kö Schienentrailer

18 9 7 Erforderliche Genehmigungsverfahren Planfeststellungs- /-genehmigungsverfahren durch Eisenbahnbundesamt bzw. Regierungspräsidium Darmstadt sind erforderlich Verdichterstation vereinfachtes Genehmigungsverfahren nach BImSchG Wasserstoffpipeline Anzeige nach 4a RohrFLtgV Zulassung Schienentrailer erfolgt durch EBA. Keine weiteren Genehmigungsverfahren erforderlich. Für die Projektrealisierung (Planung, Genehmigung, Bau, Inbetriebnahme) ist ein Zeitraum von mehreren Jahren einzukalkulieren. 18

19 5"68 ( 2$ Ergebnisse der Kostenbetrachtungen Für alle Standortalternativen liegen die Investitionskosten für Verdichtung, Speicherung, Transport und Betankung im zweistelligen Millionenbereich. Die Standorte im / an den Industrieparks Höchst und Griesheim sind am kostengünstigsten Die spezifischen Wasserstoffkosten liegen in allen Varianten < 10 / kg H 2 Wasserstoffkosten in der Größenordnung von 5 6 / kg H 2 (Ziel Dieselpreisäquivalenz) sind nur mit staatlicher Förderung darstellbar. 19

20 ("+! Hessischer Gemeinschaftsstand,,-.'),, ') /! +!+') #0* ' 1* *)* ') #0*' 20

21 Wasserstoffbereitstellung für H2BZ-Schienenfahrzeuge im Rhein-Main-Gebiet ' 3 Fragen? Professor Dr. Thomas Bayer Infraserv GmbH & Co. Höchst KG Operations Industriepark Höchst Engineering, C 526 Industriepark Höchst Frankfurt am Main Tel. +49/69/ Fax +49/69/ mailto:thomas.bayer@infraserv.com 21